發布時間：2022-02-18所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 為了尋找抽汽背壓式汽輪機( back pressure extraction steam turbine，BEST) 最佳的級數方案，以配置 BEST 的二次再熱機組為設計基礎，保持總回熱級數不變，BEST 級數從 4 級增加到 8 級，對比不同 BEST 級數下機組的可行性、變工況特性及熱經濟性。結果表明:
摘 要: 為了尋找抽汽背壓式汽輪機( back pressure extraction steam turbine，BEST) 最佳的級數方案，以配置 BEST 的二次再熱機組為設計基礎，保持總回熱級數不變，BEST 級數從 4 級增加到 8 級，對比不同 BEST 級數下機組的可行性、變工況特性及熱經濟性。結果表明: 從 BEST 功率相對給水泵功率的裕量來看，當 BEST 級數等于 4 級，機組負荷在 100% ～ 75% THA 工況時，BEST 功率無法滿足給水泵功率的需求，可行的方案選取 BEST 級數從 5 級增加到 8 級，BEST 每增加 1 級，BEST 功率相對給水泵功率的平均裕量增加 5 ～ 7 MW; 對于抽汽壓力，當負荷降低時 BEST 所在的除氧器前的抽汽壓力隨著 BEST 級數的增加而減小，BEST 所在的除氧器后的抽汽壓力隨著 BEST 級數增加而增大; 對于抽汽流量，當負荷降低時第 1 級抽汽流量隨著 BEST 級數增加而增加，BEST 所在的除氧器前的抽汽流量隨著 BEST 級數的增加而減小，BEST 所在的除氧器后的抽汽流量隨著 BEST 級數的增加而增加; 從熱經濟性來看，隨著 BEST 級數增加機組的熱耗率也隨之增加，5 級 BEST 方案為機組熱經濟性最佳的方案。
關 鍵 詞: BEST 系統; 變工況; 抽汽參數; 1 000 MW 機組; 超超臨界
引 言
由于超超臨界二次再熱機組增加了再熱次數和熱力系統的回熱級數，循環熱效率顯著提高，同時回熱抽汽的過熱度也隨之提高[1]，使得回熱加熱器的不 可 逆 損 失 增 加[2]。 為 解 決 此 問 題，提 出 在 BEST[3 - 5]原有熱力系統的基礎上增加 1 臺抽汽背壓式汽輪機[6 - 7]，原有系統中抽汽過熱度偏高的回熱加熱器改為從抽汽背壓式汽輪機上抽汽。
對 BEST 級數的研究中，段立強等人以 660 MW 超超臨界二次再熱機組為基礎，對 4 種集成回熱式汽輪機方案與常規機組和加裝兩級外置式蒸汽冷卻器的二次再熱機組進行比較，獲得最優集成方案[8 - 9]; 田歡等人以 700 ℃二次再熱 MC( Master Cycle) 循環為基礎，選擇不同小機汽源以及級數，對 7 種不同的方案進行對比[10]; 付亦葳等人對常規二次再熱機組與 BEST 系統進行對比，討論了不同配置方式下 BEST 系統容量選擇與系統配置[11 - 12]。
以 1 000 MW 二次再熱機組為設計基礎，對不同的 BEST 級數方案進行對比，得出不同 BEST 級數下機組變工況的回熱特性和機組熱經濟性最佳的 BEST 配置方案。在對 BEST 系統的級數進行選擇時，除了需要滿足給水泵功率需求之外，還需要滿足回熱加熱器的抽汽需求。所以，在選擇 BEST 級數時要綜合考慮這兩個因素得出最佳的 BEST 級數。本文原實例系統中的 BEST 設置有 6 級。為了研究不同 BEST 級數下機組的變工況特性，基于實例參數在 EBSILON 平臺上建立了不同 BEST 級數的模型，分析變工況下不同 BEST 級數系統的回熱特性與熱經濟性。
1 實例參數及對比方案的設置與選擇
1. 1 實例介紹
某電廠二期 2 × 1 000 MW 超超臨界機組擴建工程汽輪機采用31 MPa /605 ℃ /622 ℃ /620 ℃參數的超超臨界、二次中間再熱、單軸、五缸四排汽、12 級回熱抽汽、凝汽式汽輪機。發電機采用額定功率為 1 000 MW 等級水氫氫冷發電機。型號為 N1 000 - 31 /605 /622 /620。機組采用帶 BEST 的雙機回熱抽汽系統，12 級非調整抽汽，如圖 1 所 示。其 中 BEST 汽源來自一次低溫再熱蒸汽，BEST 有 6 級抽汽，分別供給 2 號，3 號，4 號和 5 號高壓加熱器和除氧器，BEST 的排汽供給 7 號低壓加熱器。
1. 2 方案設計
在對不同 BEST 級數方案進行設計時，BEST 級數從 4 級增加至 8 級，總回熱級數保持 12 級不變。方案 1 配置有 4 級 BEST; 方案 2 配置有 5 級 BEST; 方案 3 配置有 6 級 BEST; 方案 4 配置有 7 級 BEST; 方案 5 配置有 8 級 BEST，如圖 2 ～ 圖 6 所示。
在實例系統模型的參數基礎上，確定不同 BEST 級數的變工況運行參數，運用 Ebsilon 軟件進行熱力系統的建模，建立不同 BEST 級數的模型，對模型參數進行設定:
( 1) 保證不同 BEST 級數下主、再熱壓力、溫度和流量等參數一致[13 - 15]，如表 1 所示;
( 2) 設置不同 BEST 級數下汽輪機變工況效率與原實例模型變工況下汽輪機效率對應相等[16 - 17];
( 3) 給水泵功率完全由 BEST 提供，BEST 多余的功率由小發電機消納。
1. 3 方案選取
在對不同 BEST 級數方案進行對比前，要考慮到對應級數方案的 BEST 功率是否可以滿足給水泵功率的需求[18 - 20]。
基于 BEST 實例參數，首先考慮 BEST 功率與給水泵功率的關系，保證不同負荷下 BEST 功率始終滿足給水泵功率需求。圖 7 為 BEST 級數從 4 級到 8 級不同負荷下，BEST 功率與給水泵功率的關系。不同方案下，給水參數保持相同，所以不同方案下給水泵需要的功率相同，隨著 BEST 級數的增加 BEST 功率逐漸增加，BEST 功率相對給水泵功率的裕量也隨之增 加。當 BEST 級 數 為 4 級，機 組 負 荷 在 100% ～ 75% THA 時，BEST 功率無法滿足給水泵功率的需求，即當 BEST 級數小于 5 時，BEST 功率無法滿足給水泵功率的需求。為了保證給水泵可以由 BEST 驅動，BEST 級數需要大于等于 5 級。所以，具備可行性的對比方案為方案 2、方案 3、方案 4 和方案 5。
2 不同 BEST 級數下回熱系統的變工況特性
對方案 2、方案 3、方案 4 和方案 5 回熱系統的變工況特性進行比較，分析不同方案變工況下的抽汽壓力、抽汽流量和抽汽溫度的變化特性[18 - 19]。
2. 1 抽汽溫度
對變工況下不同方案的抽汽溫度進行對比，如圖 8 所示。對于方案 2、方案 3 和方案 4，BEST 排汽后的抽汽溫度會高于 BEST 所在級的抽汽溫度，即方案 2 的第 7 級抽汽，方案 3 的第 8 級抽汽，方案 4 的第 9 級抽汽。這是因為 BEST 排汽后的抽汽從中壓缸來，經過二次再熱，該位置的抽汽溫度較高，會高于 BEST 的排汽溫度。對于方案 5，BEST 后的排汽從低壓缸來即第 10 級抽汽，當 負 荷 低 于 40% THA 時，其抽汽溫度低于 BEST 排汽溫度。
2. 2 抽汽流量
對比不同方案變工況下的抽汽流量變化，如圖 9 所示。隨著負荷降低，第 1 級抽汽流量排序為: 方案 5 > 方案 4 > 方案 3 > 方案 2。這是因為不同方案變負荷下給水溫度相同，隨著 BEST 級數增加，用來加熱給水的蒸汽參數下降，經過 BEST 抽汽加熱的給水溫度降低，所以需要更多的第 1 級抽汽流量加熱給水。
對于 BEST 所在的除氧器之前抽汽流量即方案 2 ～ 方案 5 的第 2 ～ 5 級抽汽，隨著負荷降低，對應工況下 BEST 所在的除氧器之前的抽汽流量排序為: 方案 2 > 方案 3 > 方案 4 > 方案 5。由圖 8 可知，隨著 BEST 級數增加，BEST 所在級的除氧器前抽汽溫度逐漸升高，根據能量守恒，則需要的 BEST 排汽流量減少，所以隨著負荷降低，BEST 所在級的除氧器之前的抽汽流量排序為: 方案 2 > 方案 3 > 方案 4 >方案 5。
對于 BEST 所在的除氧器之后的抽汽流量，方案 3 的第 7 級抽汽、方案 4 的第 7 ～ 8 級抽汽、方案 5 的第 7 ～ 9 級抽汽隨著負荷降低。BEST 所在級的除氧器之后抽汽流量排序為: 方案 5 > 方案 4 > 方案 3。由圖 8 可知，隨著 BEST 級數增加，BEST 所在級的除氧器之后的抽汽溫度逐漸降低。根據回熱加熱器的能量守恒，則需要更多的 BEST 抽汽流量加熱給水。所以隨著負荷降低，對應工況下 BEST 所在級的除氧器之后抽汽流量排序為: 方案 5 > 方案 4 >方案 3。
2. 3 抽汽壓力
對變工況下不同方案抽汽壓力進行對比，如圖 10 所示。在 THA 工況時 4 種方案的抽汽壓力相同。變工況下，對于第 1 級抽汽，不同方案下的抽汽壓力基本相同。因為不同方案給水溫度相同，所以不同方案下第 1 級抽汽壓力相同。
對于 BEST 所在級的除氧器前的第 2 ～ 5 級抽汽壓力，隨著負荷降低，BEST 級數越多，對應的第 2 ～ 5 級抽汽壓力越低，即對第 2 ～ 5 級抽汽壓力進行對比排序為: 方案 5 < 方案 4 < 方案 3 < 方案 2。這是因為隨著 BEST 級數增加，BEST 所在級的除氧器前抽汽流量減少，如圖 9 所示。由弗留格爾公式可知，BEST 所在級的除氧器前的抽汽壓力排序為: 方案 5 < 方案 4 < 方案 3 < 方案 2。
對于 BEST 所在除氧器之后抽汽壓力，方案 3 為第 7 級抽汽，方案 4 為第 7 ～ 8 級抽汽，方案 5 為第 7 ～ 9 級抽汽。隨著負荷降低，BEST 所在級的除氧器后的抽汽壓力排序為: 方案 5 > 方案 4 > 方案 3。這是因為隨著 BEST 級數增加，BEST 所在級除氧器后的抽汽流量增加，由弗留格爾公式可知，除氧器后 BEST 所在級的抽汽壓力排序為: 方案 5 > 方案 4 > 方案 3。
2. 4 不同 BEST 級數下回熱系統的變工況熱經濟性
對不同 BEST 級數下變工況的熱經濟性進行對比，如表 3 所示。隨著 BEST 級數從 5 級到 8 級增加，系統的熱耗率增加。這是因為隨著 BEST 級數增加，BEST 功率已經滿足給水泵功率需求，此時 BEST 抽汽主要考慮滿足回熱系統的熱平衡。如圖11 所示，隨著 BEST 級數增加，進入 BEST 的流量邊隨之增加。但是不同方案中的主蒸汽流量保持一致，所以隨著 BEST 級數增加進入 BEST 的流量增加，再熱蒸汽流量逐漸減少，使得高參數的蒸汽流量減少，系統熱耗率增加。對不同方案的熱耗率進行對比，如表 3 所示。各個工況下方案 2 的熱耗率均低于其他方案，所以從機組的熱經濟性來看，方案 2 為最佳方案。
3 結 論
( 1) 對不同 BEST 級數的二次再熱機組進行變工況對比。從熱經濟性來看，隨著 BEST 級數增加，系統熱耗率也隨之增加; 方案 2 不同工況下的熱耗率均低于其他方案，所以從機組的熱經濟性來看，方案 2 為最佳 BEST 級數配置方案。但是，方案 2 中的第 7 級抽汽溫度達到 400 ℃，而其他方案對應抽汽的平均溫度最高為 350 ℃，所以如果采用方案 2，可能會增加第 7 級回熱加熱器的投資成本。
( 2) 從 BEST 功率相對給水泵功率的平均裕量來看，BEST 每增加 1 級，BEST 功率相對給水泵功率的平均裕量增加 5 ～ 7MW。當 BEST 級數等于 4 級，機組負荷在 100% ～ 75% THA 時 BEST 功率無法滿足給水泵功率的需求。所以 BEST 級數需要大于等于 5 級，具備可行性的方案為: 方案2、方案3、方案4 和方案 5。
( 3) 對于抽汽壓力，當負荷降低時，BEST 所在級除氧器前的抽汽壓力隨著 BEST 級數的增加而減小，BEST 所在級的除氧器后的抽汽壓力隨著 BEST 級數增加而增大; 對于抽汽流量，當負荷降低時，第 1 級抽汽流量隨著 BEST 級數增加而增加，BEST 所在級的除氧器前的抽汽流量隨著 BEST 級數的增加而減小，BEST 所在級的除氧器后的抽汽流量隨著 BEST 級數的增加而增加。——論文作者：王 渡，陳 豪，魏佳倩，陳 穎
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SCISSCIAHCI
